II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Sistem Modulasi Modulasi (mapping) adalah proses perubahan karakteristik dari sebuah

gelombang carrier atau pembawa aliran bit informasi menjadi simbol-simbol.

Proses sebaliknya disebut demapping dimana simbol-simbol dirubah kembali

menjadi aliran bit informasi. Mapper yang umum digunakan adalah QPSK dan

16QAM dengan kedua modulasi ini sama-sama mempunyai teknik subscarrier

tipe quatenarry atau pembawa berjumlah 4 simbol dalam masing-masing

subscarrier. Dengan 4 simbol pembawa dalam satu modulasi maka sistem

transmisi data akan lebih efisien pada saat proses pengiriman, juga dalam segi

pengehematan waktu transfer dan juga efisiensi bandwidth yang bisa mencapai

50%. Adapun beberapa modulasi yang biasa digunakan yaitu BPSK, QPSK,

QAM, 16QAM .

Gambaran teknik modulasi dapat digambarkan yaitu, sinyal yang telah

termodulasi tersebut diaplikasikan ke dalam IFFT untuk pembuatan simbol

OFDM. Penggunaan IFFT ini memungkinkan pengalokasian frekuensi yang

saling tegak lurus (orthogonal). Setelah itu simbol OFDM ditambahkan cyclic

prefix kemudian simbol-simbol OFDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial,

dan kemudian sinyal dikirim. Sinyal keluaran dari transmitter berupa sinyal yang

saling overlapping, hal seperti ini dapat menghemat bandwidth kanal sampai 50%.

Kondisi overlapping ini tidak akan menimbulkan interferensi di karenakan telah

memenuhi kondisi orthogonal. Pada receiver, dilakukan operasi yang

berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari konversi

dari serial ke parallel, pelepasan cyclic prefix kemudian konversi sinyal parallel

dengan FFT setelah itu demodulasi, dan terakhir konversi parallel ke serial, dan

akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi.

II-2

Pada sisi pengirim bit-bit informasi dimodulasi dengan salah satu teknik

modulasi digital (QPSK, 16QAM). Setelah dimodulasi dengan setiap subcarrier

orthogonal, bit-bit informasi tersebut menjadi sinyal serial yang termodulasi.

Kemudian sinyal serial tersebut diubah ke bentuk sinyal paralel. Lalu masing-

masing sinyal paralel masuk ke blok IDFT. Blok IDFT memiliki 256 subcarrier.

Apabila sinyal paralel yang akan masuk ke blok IDFT belum mencapai 256

subcarrier maka akan dilakukan penambahan subcarrier pilot dan subcarrier nol.

Sinyal yang keluar dari blok IDFT merupakan sinyal multicarrier. Sebelum

dikirim, sinyal multicarrier tersebut ditambahkan guard interval (cyclic prefix).

Gambar 2.1 Blok Diagram OFDM Sederhana [5]

Penambahan guard interval berguna untuk menjaga sinyal agar dapat

meminimalisasi ISI (Intersymbol Interference). Pada sisi penerima, guard interval

yang ditambahkan ke sinyal multicarrier pada sisi pengirim dibuang. Kemudian

sinyal multicarrier tersebut masuk ke blok DFT (Discrete Fourier Transform).

Pada blok DFT sinyal multicarrier tersebut akan diubah menjadi sinyal subcarrier

yang paralel. Sinyal subcarrier tersebut akan masuk ke blok estimasi kanal. Disini

akan terjadi pemisahan antara subcarrier sinyal informasi, subcarrier pilot dan

subcarrier nol. Subcarrier sinyal informasi akan masuk ke blok P/S, sementara

Serial To Paralel

Modulasi IFFT Add Cyclic Prefix

Paralel To Serial

Channel

+

Noise

Serial To Paralel

Remove Cyclic Prefix

FFT Demodulasi Paralel To Serial

II-3

subcarrier pilot dan subcarrier nol akan dibuang. Pada blok P/S semua subcarrier

sinyal informasi akan ditambahkan dan diubah menjadi subcarrier sinyal

informasi yang serial. Subcarrier sinyal informasi yang serial akan didemodulasi

sehingga keluarannya merupakan bit-bit informasi yang dikirimkan pada sisi

penerima.

Persamaan OFDM teknik modulasi melalui subcarrier yang saling

orthogonal dapat dilihat sebagai berikut:

Φn(t) = Π(t- ).....................................................................(2.1)

Dimana Π(t) merupakan rektanguler nilai yang digambarkan (-T/2, T/2) dalam

interval waktu [0,T]. Dengan demikian sinyal yang ditransmisikan dapat

dituliskan seperti pada persamaan :

X(t) 0≤t≤T .......................................................................(2.2)

Jika kita masukkan pembawa data simbol (disampel pada saat t = k[N] ) maka

persamaannya menjadi:

Xk = xne ..................................................................(2.3)

Sistem OFDM sederhana enkoder baseband modulasi modulasi OFDM

kanal dekoder baseband demodulasi OFDM demodulasi Z(t) data masukan data

keluaran. Data masukan berupa data digital yang merupakan sumber informasi

kemudian data masukan tersebut dinotasikan oleh pengkode menjadi rangkaian m

= m1, m2, m3, …, mj, dimana setiap mj mewakili digit biner (bit) yaitu satu (1)

dan nol (0). Modulator berfungsi untuk memodulasikan in-bit menjadi satu simbol

disebut juga pengiriman M-ary. kemudian hasil dari modulasi pada OFDM

modulator akan dikirimkan ke dalam kanal, z(t) adalah frekuensi dari local

oscillator yang akan dibandingkan dengan frekuensi pembawa.

Pada penerima akan didemodulasikan dengan Fast Fourier Transform

(FFT) kemudian dikirimkan ke baseband demodulator yang akan mengubah

II-4

simbol-simbol menjadi digit biner. Pada decoder digit biner akan dinotasikan

kembali menjadi data digital. Dalam pengiriman data menggunakan M-ary,

kecepatan pengiriman menjadi log2 M baud, dengan satu baud adalah satu simbol

perdetik, dengan demikian lebar pita yang diperlukan lebih kecil untuk

pengiriman jumlah bit yang sama.[1]

Jika kita masukkan pembawa data symbol (disampel pada saat t = k[N] )

maka persamaannya menjadi:

Xk = xne ....................................................................(2.4)

Jika simbol - simbol kompleks QPSK, Ns merupakan jumlah subcarrier, T

adalah durasi simbol, dan fc adalah frekuensi pembawa. Bagian real dan

imaginer berhubungan dengan bagian inphase dan quadrature dari sinyal, dalam

modulator setiap sinyalnya akan mempunyai nilai real dan imaginer yang

merupakan bagian inphase dan quadrature sehingga dapat dikalikan dengan sinus

atau kosinus dari frekuensi yang telah ditentukan untuk menghasilkan sinyal akhir

dari OFDM. [1]

Gambar 2.2 (a) Spektrum sebuah OFDM Subcarrier (b) Spektrum

Sinyal OFDM

Hasil modulator baseband dimasukkan ke dalam OFDM modulator

dimana symbol-simbol masukan dari baseband modulator akan diproses dengan

menggunakan Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), kemudian hasil dari

modulasi pada OFDM modulator akan dikirimkan ke dalam kanal, z(t) adalah

frekuensi dari local oscillator yang akan dibandingkan dengan frekuensi

II-5

pembawa. Pada penerima akan didemodulasikan dengan Fast Fourier Transform

(FFT) kemudian dikirimkan ke baseband demodulator yang akan mengubah

simbol-simbol menjadi digit biner. Pada decoder digit biner akan dinotasikan

kembali menjadi data digital. Dalam pengiriman data menggunakan Mary,

kecepatan pengiriman menjadi log2 M baud, dengan satu baud adalah satu simbol

perdetik, dengan demikian lebar pita yang diperlukan lebih kecil untuk

pengiriman jumlah bit yang sama. [1]

2.2 Pembangkit dan Pendeteksian Sinyal OFDM

Pembangkitan dan pendeteksiaan sinyal OFDM dapat dilihat pada bagian

pemancar dan bagian penerima :

a. Bagian Pemancar

Pembangkitan sinyal OFDM merupakan penggabungan sinyal - sinyal

subcarrier baik berbeda phasa, amplitudo maupun frekuensi sehingga keluaranya

menjadi sinyal multicarrier dengan frekuensi tertentu.

Gambar 2.3 mengilustrasikan proses pembangkitan sinyal multicarrier

pada sistem OFDM. Sebanyak N buah subcarrier termodulasi QPSK/16QAM

dibuat saling orthogonal dan overlap dengan spasi/jeda antar subcarrier sebesar

periode simbol OFDM (Ts).

Gambar 2.3 Proses Pembangkit Sinyal Multicarrier pada Pemancar OFDM

Pembangkitan ini memenuhi persamaan sebelumnya, dengan masing-

masing frekuensi fk memenuhi persamaan (2.5)

s(t) = Σt=-~Σk=1 dn (k) exp {ƒ2πfk(t – iTs)}ƒ(t – iTs) ............................(2.5)

dengan :

II-6

dn(k) : Simbol OFDM hasil mapping PSK/QAM pada interval mapping ke-n dan

subcarrier ke-k.

TS : Durasi simbol sinyal OFDM.

fk : frekuensi dari subcarrier ke-k (k = 0,1,2,….).

ƒk = ƒ0 + k/Ts = 1,2,...,N – 1........................................................... (2.6)

Jika maka persamaan 2.6 dapat ditulis seperti persamaan 2.7

S(t) = Σi=-~ Σk=1 (d1n(k) + jdQn (k)) exp {j2πƒk (t – iTs)} ƒ (t – iTs) (2.7)

f(t) : bentuk gelombang pulsa dari setiap simbol

ƒ(t) = 1 ( 0 ≤ t ≤ Tk )

0 ( t ≤ 0, t ≥ Tk )......................................................................... (2.8)

Simbol dn(k) diperoleh dari proses konversi informasi kompleks serial hasil

mapping QPSK/16QAM dengan kecepatan sebesar N/Ts (atau periode simbol =

Ts/N) menjadi informasi kompleks parallel dengan kecepatan pada masing-masing

lengan parallel sebesar 1/Ts (atau periode simbol setiap lengan = Ts).

b. Bagian Penerima

Pendeteksian sinyal OFDM merupakan pemisahan sinyal multicarrier

menjadi sinyal-sinyal subcarrier yang berbeda phasa, amplitudo maupun

frekuensi yang masih orthogonal.

Gambar 2.4 Proses Deteksi Sinyal Subcarrier pada Penerima OFDM

II-7

Gambar 2.4 mengilustrasikan proses pendeteksian sinyal subcarrier pada

bagian penerima OFDM. Sinyal multicarrier termodulasi QPSK dan 16QAM

yang diterima dari pengirim akan diubah menjadi sinyal subcarrier dengan

menggunakan DFT. Dengan menerapkan DFT pada penerima, akan didapatkan

seluruh simbol dn(k) yang dikirim oleh modulator OFDM. Sifat orthogonalitas

antar subcarrier OFDM dimanfaatkan untuk melakukan proses demodulasi pada

setiap subcarrier yang dapat ditunjukkan pada persamaan 2.9.

.....................................................(2.9) dengan complex conjugate s(t). Bila sinyal kirim s(t) diterima dengan sempurna,

maka persamaan 2.9 dapat disederhanakan menjadi persamaan 2.10

................................... (2.10)

c. Stasiun Penerima OFDM

Setelah mengalami efek dari kanal transmisi, sinyal OFDM kemudian

diterima oleh stasiun penerima dan sinyal tersebut akan melalui blok-blok

penerima hingga kembali menjadi bit-bit informasi data. Blok-blok pada penerima

adalah blok pengeluaran guard interval, blok DFT, pengeluaran simbol pilot,

estimasi kanal, blok S/P kemudian demodulator seperti ditunjukkan oleh Gambar

2.5.

Gambar 2.5 Blok Stasiun Penerima OFDM

II-8

2.3 Konversi Serial ke Paralel

Blok serial to parallel converter berfungsi untuk merubah aliran data yang

terdiri dari 1 baris dan beberapa kolom menjadi beberapa baris dan beberapa

kolom. Hasil dari blok serial to parallel converter ini adalah matriks bit-bit

informasi dengan jumlah baris menyatakan banyaknya subcarrier yang

digunakan. Pada tugas akhir ini blok serial to parallel membagi sinyal yang masih

dalam satu jalur frekuensi menjadi 192 jalur frekuensi yang berbeda dengan

kecepatan keluaran yang lebih rendah pada setiap jalur frekuensinya. Jumlah

kolom menyatakan hasil perkalian jumlah simbol per subcarrier dan jumlah bit

per simbol.

Gambar 2.6 Ilustrasi Serial to Parallel

Dalam simulasi matlab, bit-bit serial tersebut akan di reshape oleh fungsi

reshape dalam matlab, sehingga deretan bit serial akan dikirimkan secara parallel

masuk ke dalam stasiun pemancar OFDM.

Gambar 2.7 Blok Fungsi Reshape Konversi Data Serial ke Data Paralel

II-9

2.4 Konversi Paralel ke Serial

Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah sinyal data

keluaran yang telah dipisahkan dari sinyal pilot dan masih berupa jalur parallel

menjadi satu jalur bentuk seri dalam domain frekuensi.

2.5 Modulasi Sinyal

Modulasi merupakan proses perubahan karakteristik dari sebuah

gelombang carrier atau pembawa data dan bit sinyal informasi. Input data

informasi yang dikirimkan pertama kali dimodulasikan oleh blok modulasi. Sinyal

informasi tersebut akan dikodekan dan dipetakan (mapping) menurut skema

modulasi yang digunakan oleh sistem OFDM. Pada fungsi lapisan fisik OFDM

pada WiMAX standard IEEE 802.16, ada 3 tipe modulasi dan demodulasi sinyal

digital yang digunakan yaitu QPSK, 16QAM dan 64QAM.

2.5.1 Demodulasi Sinyal

Demodulasi sinyal berfungsi untuk mengembalikan data bit yang dikirim

berdasarkan konstelasi modulasi yang digunakan. Modulasi digital yang

digunakan pada tugas akhir ini ada dua jenis yaitu QPSK dan 16QAM.

2.6 QAM

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) adalah sebuah skema modulasi

yang membawa data dengan mengubah (memodulasi) amplitudo dari dua

gelombang pembawa. Kedua gelombang tersebut, biasanya sinusoid, berbeda fase

dengan yang lainnya sebesar 90° dan oleh karena itu disebut pembawa

quadrature. Seperti skema modulasi lainnya, QAM membawa data dengan

mengubah beberapa aspek dari sinyal pembawa, atau gelombang pembawa

(biasanya sinusoid). Dalam kasus QAM, amplitudo dari dua gelombang, saling

berbeda fase sebesar 90 derajat diubah (dimodulasi) untuk mewakili sinyal data. [4]

II-10

Gambar 2.8 Quadrature Amplitude Modulation Analog [7]

2.6.1 16QAM

16-Quadrature Amplitudo Modulation (QAM) adalah modulasi digital

yang merupakan penggabungan antara ASK dan PSK. Konstelasi sinyal berubah-

ubah berdasarkan amplitudo juga berdasarkan phasa. Untuk merepresentasikan

satu simbol 16QAM diperlukan 4 bit sinyal digital, yaitu 0000, 0001, 0010, 0011,

0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111.

Modulasi 16QAM memiliki efisiensi bandwidth 2 kali lebih besar dibandingkan

dengan QPSK.